第九章洗涤作用.ppt

第九章洗涤作用 定义 将浸在某种介质中的固体表面的污垢去除的过程称为洗涤 洗涤剂作用 减弱污垢与固体表面的粘附作用 9 1洗涤作用的简介 9 1 1污垢 1液体污垢 皮脂 动植物油 矿物油 2固体污垢 尘埃 粘土 砂 铁锈 灰 碳黑 9 1 2污垢的粘附 1机械力结合 固体尘土的粘附 2静电力结合 表9 1纤维在水中的带电 图9 1氧离子的桥梁作用 多价阳离子桥 3 化学力结合 污垢通过化学吸附产生的化学结合力与固体表面的粘附 4分子间力粘附 分子间范德华力 包括氢键 不同性质的表面与不同性质的污垢 有不同的粘附强度 图9 2洗涤基本过程 9 1 3洗涤过程 洗涤过程 1 洗涤剂对油污及纤维表面吸附作用2 污垢的润湿和渗透3污垢的脱落4污垢的乳化分散 一是降低污垢与物体表面的结合力 具有使污垢脱离物体表面的能力 二是具有防止污垢再沉积的能力 洗涤剂的作用 9 1 4洗涤剂的作用 1 改善水对洗涤物表面的润湿性 表9 2一些纤维材料的临界表面张力和水在其表面上的接触角 2 增强污垢的分散和悬浮能力 洗涤剂具有乳化能力能将从物品表面脱落下来的液体油污乳化成小油滴而分散悬浮于水中 9 2液体污垢的去除 洗涤作用第一步 是洗涤液 介质加洗涤剂 润湿物表面在一般条件下 表面活性剂水溶液的表面张力可以低于一般纤维材料的临界表面张力 即可以铺展 纤维的润湿在洗涤过程中不是什么严重问题 另外 粗糙表面比光滑表面更易润湿 所以 洗涤液对纤维表面的润湿更不会发生困难 9 2液体污垢的去除 卷缩机理 图9 3a表面上的油膜 b c在有表面活性剂存在时卷缩成油珠 9 2 可推导出 图9 4a表面上的油膜 水溶液接触角 0 或不存在 油污卷缩成球状 则油污将被彻底洗去 此条件可用下式表示 图9 5油滴 900 图9 6较大油滴 900 9 3固体污垢的去除 9 3 1固体污垢的去除机理 图9 7污垢粒子P从固体表面S到洗涤液L的分段去除 I段 固体污垢P直接粘附于固体表面S 9 9 式中 WSP为固体与固体污垢间得粘附能 为固体的表面能 为固体污垢的表面能 为固体与固体污垢间的表面能 II段 洗涤剂的铺展 9 10 SW S 0 则洗涤液能在污垢点及被洗物表面铺展 洗涤液在固体表面S和固体污垢P间固 固界面中存在的微缝隙 即毛细管 中的渗透过程 9 3 2固体污垢分段去除过程中体系的能量 图9 8污垢粒子的势能 9 3 3表面活性剂在固体污垢去除中的作用 图9 9表面活性剂在固体污垢去除中的润湿作用 9 4洗涤作用的影响因素 1 被洗织物和污垢的性质 以及污垢与织物之间的结合状态 2洗涤液的组成 1 表面活性剂的性质和浓度 2 助洗剂的性质和浓度 3 洗涤液中由被洗织物带入的悬浮物质 如泥土等 的性质和浓度 4 洗涤液的PH值 5 洗涤液的组成和性质在洗涤过程中发生的变化 4 污垢 被洗物和洗涤液之间的相对数量等 3 洗涤过程的物理和机械条件 洗涤时间 洗涤方式等 5洗涤温度 6污垢质点大小 污垢质点越大 越容易从表面除去 提高洗涤温度一般来说对去污是有利的 图9 10液流中表面上不同大小质点受力的情况 9 4 1表面张力 洗涤液的润湿性能好 9 4 2吸附作用 液体油污 油污 卷缩 从而有利于油污的清洗 界面张力的降低 有利于形成分散度较大的乳状液 形成的乳状液具有较高的稳定性 1 阴离子表面活性剂 图9 11炭黑在表面活性剂溶液中的电泳性质 14 1 C14H29SO3Na 2 C14H29O C2H4 OH 3 C14H29N CH3 3Cl 污垢质点在水中带正电荷 如硫酸钡质点 图9 12C12H25SO4Na对BaSO4固体污垢去除的过程 2 阳离子表面活性剂 反洗涤 作用 3非离子表面活性剂 在非离子表面活性剂的聚氧乙烯周围易形成一层溶剂化的水膜 a非离子表面活性剂在非极性纤维上的吸附 b非离子表面活性剂极性纤维上的吸附 4 两性离子表面活性剂 通过范德华力以疏水基吸附于非极性固体的表面 以亲水的阴离子头和季铵阳离子头伸进水相 使非极性疏水表面变为亲水表面 无论污垢固体的表面带何种电荷它都能吸附于其表面上 而不会产生聚沉现象 从表面活性剂的类型来看 阴离子表面活性剂的洗涤性能较全面 性能最好 非离子表面活性剂次之 而阳离子型表面活性剂不宜用作洗涤剂 9 4 3加溶作用 非离子表面活性剂作洗涤剂在局部集中使用较大量的洗涤剂时不溶于水的物质 因其性质各异而加溶于胶团的不同部位 形成透明 稳定的溶液 9 4 4乳化作用 具有高表面活性的表面活性剂 可以最大限度地降低油 水界面张力 只要很小的机械功 略作搅动 即可乳化 乳化和加溶仅在防止污垢再沉积方面起作用 9 4 5泡沫作用 泡沫起到携带污垢的作用泡沫有时可以作为洗涤液是否有效的 个标志 9 4 8表面活性剂疏水基链长 图9 13烷基硫酸钠的洗涤曲线 55 图9 14钠皂的洗涤曲线 38 图9 15钠皂的洗涤曲线 55 9 4 9洗涤剂的浓度 浓度过低 将影响洗涤过程中织物的润湿 污垢的取代 分散和乳化增溶 从而降低洗涤效果 但洗涤剂的浓度也不是越高越好 因为过高的浓度不但造成浪费 而且洗涤效果还不如适当浓度的好 9 5洗涤力的测定 测定方法仍然是两种 1采用人工污垢测定去污力2采用天然污垢测定去污力 9 5 1采用人工污垢测定去污力 日本标准的棉布污染液组成如下 牛脂高度硬化油1份液态石蜡3份碳黑0 5 0 8份四氯化碳800份 式中 R 原白布反射华Rs 污布反射率Rw 洗涤后的污布反射牢 我国工染液组成为 混合油5g卯磷脂10g碳黑污液500mI50 乙醇50mI 9 5 2采用自然污垢测定去污力 美国的洗涤剂厂常用白衬衫试验法 星期一至星期五每天早晨发给经选择的试验人员白衬衫一件穿上 晚上交回 洗涤后第二天早晨再穿上 一件衬衫必须用同一种被评价的洗涤剂来洗涤 穿着试验要持续2个月 然后剪下衣领 与用标唯洗涤剂洗涤的衬衫进行比较和评级 并且可用数值加以表示 特点价廉 与碱类并用可以提高洗涤力 在高温时溶解性也不下降 随着石油化学工业的发展 这类活性剂中的烷基苯磺酸钠的产生量越来越多 价格也越来便宜 9 6 1阴离子型表面活性剂 脂肪酸盐 肥皂 烷基苯磺酸盐 ABS 脂肪醇硫酸盐 AS 脂肪醇聚氧乙烯硫酸盐 AES 等 其中 肥皂 高级醇硫酸酯钠盐 烷基苯磺盐是这类活性剂中最常用的洗涤剂 9 6 2非离子型表面活性剂 优点 洗涤力大 泡沫少 容易制成浓状品 在较广泛的温度范围内都具有好的洗涤性 缺点是价格较阴离子活性剂为贵 用于配制洗涤剂的非离子表面活性剂有 聚氧乙烯型非离子表面活性剂 脂肪酰烷醇胺型非离子表面活性剂 聚醚型非离子表面活性剂 多元醇脂肪酸酯型非离子表面活性剂 阳离子表面活性剂一般不作为洗涤主剂 它在洗涤剂中有两种应用形式 一是与非离子表面活性剂复配 二是在衣物洗涤后的漂洗过程中单独使用 9 6 3洗涤剂用阳离子表面活性剂 9 6 4两性离子型表面活性剂 低毒性和对皮肤 眼睛的低刺激性 良好生物降解性和配伍性 良好的润湿性 洗涤性和发泡沫性 9 8干洗 洗涤用的溶剂主要是轻石油烃 主要成分是正癸烷为主的脂肪烃 还可以氯化烃等有机溶剂作溶剂 干洗是指在有机溶剂中洗涤 是利用溶剂的溶解力和表面活性剂的加溶能力去除织物表面的污垢 能溶解于洗涤用溶剂中 形成反胶团后 要有足够的加溶水的能力 能很好的分散固体污垢 使污垢在有机溶剂中具有好的悬浮稳定性 在洗涤物和过滤器上残留吸附量小 无异味 对洗涤物无不良影响 对金属无腐蚀性等 用于干洗的表面活性剂应具备以下条件 石油碳酸盐 亚烷基苯磺酸钠 或胺盐 琥珀酸酸磺酸钠 烷基酚 脂肪酰胺 脂肪醇磷酸酯等的聚氧乙烯化物和山梨醇酯 干洗中所使用的表面活性剂 9 9助洗剂 洗涤助洗剂 在合成洗涤剂配方中 除了作为重要成分的表面活性剂外 还含有大量无机盐 少量其他有机添加剂 这些物质在洗涤过程中各有其特殊作用 但均有提高洗涤效果的作用 故统称为助洗剂 洗涤助剂应具有以下的功能 与高价阳离子能起螯合作用 软化洗涤硬水 对固体污垢有抗絮凝作用或分散作用 起碱性缓冲作用 防止污垢再沉积 增稠 抑菌 漂白 增白等作用 助洗剂的种类 9 9 1整合剂9 9 2抗再沉积剂 anti redepositionagents 9 9 3pH调节剂9 9 4漂白剂9 9 5荧光增白剂9 9 6酶 9 9 1整合剂 磷酸盐类作为洗涤助剂使用的磷酸钠盐中常用者为三聚磷酸钠Na5P3O10 STPP 焦磷酸钠Na6P4O13 有时也用玻璃状的多聚偏酸磷钠 NaPO3 n 三聚磷酸钠 Na5P3O10俗称五钠 是重垢洗涤剂中最常用的助剂 代磷品 1 合成沸石 4A型分子筛 2 乙二胺四乙酸 EDTA 钠盐 3 次氮基三乙酸一水合物 NTA 4 柠檬酸钠 5 聚合物螯合剂 chelatingagent 1 合成沸石 4A型分子筛 缺点 对污垢不能提供分散性 2 乙二胺四乙酸 EDTA 钠盐 缺点 1 不能为洗涤剂提供碱性 使脂肪类污垢皂化 2价格昂贵 3 次氮基三乙酸一水合物 NTA 优点 NTA对钙离子的螯合能力也优于STPP 生成的螯合物非常稳定 具有良好的缓冲作用 有一定的反絮凝作用和去污作用 缺点 对污垢的分散性不如STPP 由于人们怀疑高浓度的NTA会致癌 还可能引起胎儿畸变 4 柠檬酸钠 用作合成洗涤剂 代替三聚磷酸钠 能起到络合洗涤液中的钙 镁离子作用 增加去污作力 柠檬酸钠还有无毒且易生物降解之优点 5 聚合物螯合剂 chelatingagent 聚羧酸作为磷酸盐的替代品络合高价金属离子在洗涤剂领域中用得最多的是丙烯酸均聚物和丙烯酸 马来酸共聚物 由于聚合物链节中含有大量的羧基负离子 是一种很有发展前途的螯合剂 9 9 2抗再沉积剂 anti redepositionagents 抗再沉积剂 具有防止重金属的无机盐沉积和能提高洗涤液中的污垢的分散性和悬浮性 防止污垢再沉积到洗涤后物品上的功能的助洗剂为抗再沉积剂 抗再沉积剂一般为聚合物 聚合物抗再沉积剂主要有以下几种类型 1 羧甲基纤维素钠及其他改性纤维素 2 聚乙烯吡咯烷酮 PVP 3 丙烯酸聚合物和丙烯酸 马来酸酐共聚物 9 9 3pH调节剂 1 碳酸钠 2 硅酸钠 1 碳酸钠 碳酸钠的主要作用 1使污垢和纤维的pH值增加 从而带有更多的负电荷 以增加污垢与纤维之间的电排斥性 有利于洗涤 2和硬水中的钙离子和镁离子反应 生成不溶于水的盐 使水软化 碳酸钠在高硬度水中降低钙 镁离子的能力比三聚磷酸钠强 缺点 腐蚀性强 同时不溶性碳酸盐易沉积于固体表面上 碳酸钠使洗后的棉织物产生手感粗糙现象 碳酸钠的主要用途 与硅酸钠配合 作无磷洗涤剂的主要助剂 还可作硬表面的碱性清洗剂 2 硅酸钠 1在洗涤过程中 硅酸钠可提供碱性 有良好的缓冲作用 可维持洗涤液的pH值持续在9 5或高一些直到硅酸盐耗尽 2硅酸钠还能使洗涤液中的钙 镁离子生成不溶性硅酸盐而沉淀使水软化 而生成的沉淀易于用水漂除 3可使脱除的污垢悬浮在洗涤液中 不致沉积在衣物上 4硅酸钠在喷雾干燥粉剂中 硅酸盐使空心颗粒粉具有松脆性 在块状合成洗涤剂中 硅酸盐使物料具有可塑性而外观均匀 并且容易挤出 9 9 4漂白剂 织物的表面若被植物色素如果汁 茶叶 咖啡等污垢污染后 所形成的污渍是无法通过洗涤剂的洗涤彻底除去 只有采用化学漂白来实现 化学漂白是漂白剂通过氧化或还原降解 破坏了发色系统或者对助色基团产生改性作用 使之降解成较小的水溶性单元而易于从织物上除去 1 过硼酸钠四水合物 2 过碳酸钠 过碳酸钠分子式为Na2CO3 3H2O2 过碳酸钠也是在水溶液中产生过氧化氢而起漂白作用的 9 9 5荧光增白剂 洗涤中所用的荧光增白剂其吸收波长为300 400nm 发射光波长为400 500nm的范围 这种蓝色或蓝紫色的光正好与黄色光为互补色 用后会使物品泛白 荧光增白剂的种类很多 其中以二苯乙烯类最重要 洗涤用荧光增白剂属直染型 能直接增白织物 9 9 6酶 1 蛋白酶 2 脂肪酶 3 淀粉酶 淀粉酶的作用是将淀粉分解成易溶于水的醣类而被除去 4 纤维素酶纤维素酶却能将棉纤维表面上出现的微纤维进行分解而提高洗涤效果和改善变硬的棉纤维的手感 9 10填充剂或辅助剂 8 9 1填充剂8 9 2促溶剂8 9 3抗结块剂8 9 4柔和剂与柔软剂8 9 5起泡剂与稳泡剂8 9 6钙皂分散剂 9 10 1填充剂 1它有降低表面活性剂的cmc值 提高其表面活性的作用 并促使表面活性剂易吸附于质点及洗涤物表面 增加质点的分散稳定性 进而防止沉积 2硫酸钠的存在会使粉末型洗涤剂的粉末变得松散 流动性好 也可使产品的价格下降 并保持组分的平衡 9 10 2促溶剂尿素 H2N CO NH2 用作液体洗涤剂的促溶剂 用于牙膏制备中 能抑制乳酸杆菌滋生 并能溶解牙面上的斑膜 9 10 3抗结块剂对甲苯磺酸钠配入粉状洗涤剂中 可增加含水量 同时对流动性 手感 抗结块性能等均有良好的效果 9 10 4柔和剂与柔软剂柔和剂是改善洗涤剂对皮肤的刺激 使之温和的助剂 柔软剂是改善被洗涤织物的手感 使之柔软 手感舒适的助剂 用作柔软剂的主要是阳离子型表面活性剂 柔软剂在洗涤漂洗后再加入 9 10 6钙皂分散剂 钙皂分散剂 将某些表面活性剂与肥皂混合使用 则可以防止肥皂与硬水作用生成沉淀 此类防止钙 镁 皂沉淀生成的表面活性剂称之为钙皂分散剂 limesoapdispersingagent 简称LSDA 1 钙皂的形成 图8 15钙皂的形成及钙皂分散剂的作用示意图 1 钙皂的形成 2 钙皂分散剂的作用机理 在Ca2 Mg2 离子与混合胶团中肥皂负离子接触时 由于混合胶团中存在着插入肥皂负离子间的具有庞大极性基的钙皂分散剂起到阻止钙皂分子生成作用 即使有不溶于水的钙皂分子生成 但由于混合胶团中存在具有庞大基团的钙皂分散剂 会起到楔子一样的作用阻止胶团反转 因此不易生成肥皂反胶团而成为污垢 此外 钙皂分散剂与肥皂 在水中 形成混合胶团 常使肥皂的cmc下降而接近钙皂分散剂的cmc 混合胶团的形成具有比肥皂胶团更好的亲水性 所有这些因素均有利于提高洗涤效果 3 钙皂分散剂的结构和性能 1 分子结构中 有一较长的直链型疏水链 在链的末端和附近有作为亲水基的双功能团的极性基的